Виноградов Б.В.

ГВУЗ «Украинский государственный химико-технологический университет»

Динамика электромеханической системы барабанной мельницы

Для рационального проектирования барабанных мельниц необходимо знать действительные нагрузки в механической системе привода и электромагнитные процессы в электродвигателе в переходных и установившихся режимах работы.

Эквивалентную динамическую схему барабанной мельницы представим на рис. 1, где , – приведенные моменты инерции ротора двигателя и барабана с загрузкой; – приведенная крутильная жесткость привода; m_2, – приведенная масса и поперечная жесткость барабана соответственно; – коэффициент силы вязкого сопротивления,-угол поворота и угловая скорость барабана,-угол поворота центра тяжести продуктов загрузки. К ротору двигателя приложен электромагнитный момент и момент сопротивления . _, G-вес продуктов загрузки, L-расстояние его от оси вращения;

Полный момент сопротивления состоит из момента сопротивления, вызванного силами трения в подшипниках и момента сопротивления вызванного силами тяжести загрузки .

На зубья венца, установленного на барабане, действуют окружная сила и радиальная сила и силы, возбуждаемые периодическим входом зубьев в зацепление.

Усилие , действующее на зуб венца барабана, можно заменить парою сил и силой , линия действия которой пересекает ось вращения барабана под углом к вертикальной оси , где – угол установки приводной шестерни. Также на барабан действует сила инерции, вызванная перемещением продуктов загрузки, которую можно разложить на (рис. 1). на нормальную и касательную составляющие.

.

Рис. 1. Эквивалентная динамическая модель

В разработанной математической модели электромагнитные процессы в синхронном двигателе описываются полными уравнениями Парка-Горева. В общем математическая модель представляет собой систему двенадцати нелинейных дифференциальных уравнений, описывающую переходные процессы в синхронном двигателе, динамические нагрузки в механической системе привода, поперечные колебания барабана с учетом усилий, передаваемых зубчатым зацеплением, а, следовательно, динамические нагрузки воспринимаемые опорными подшипниками и фундаментом. Данная система решается численно, с помощью метода Рунге-Кутта.

Анализ полученных результатов позволяют заключить, что в установившемся режиме работы динамическая составляющая нагрузки, вызванной зубчатой передачей, является существенной только в около- и резонансных областях, когда частота пересопряжения зубьев близка к частоте собственных поперечных колебаний. Сравнения частот собственных и вынужденных колебаний даёт основание считать, что ряд шаровых мельниц может испытывать резонансные нагружения. При этом величина динамической составляющей при всех прочих неизменных параметрах зависит от величины амплитуды возмущающей силы. В свою очередь, величина этой силы определятся состоянием рабочих поверхностей зубьев, точностью изготовления и монтажа передачи.

Для снижения величины пусковых токов необходимо синхронные двигатели барабанных мельниц подключить к шинам распределительной подстанции через реакторы. Шины подстанции питаются через трансформатор от сети большой мощности. Реакторный пуск синхронного двигателя может существенно снизить величину пусковых токов, однако он может привести к недопустимому падению напряжения на зажимах двигателя и увеличению длительности разгона. Обеспечение надежного пуска мельницы, в условиях питающей сети ограниченной мощности, можно обеспечить предварительным поворотом барабана в сторону противоположную вращению, при этом нагрузка будет находиться под углом естественного откоса β₀ и в начальный момент пуска на барабан будет действовать движущий момент .

Особый интерес представляет вопрос о динамике пуска мельниц, оснащённых барабаном с резиновой футеровкой Анализ расчетных данных позволяет заключить. что применение резиновой футеровки позволит снизить время пуска в 1,2 раза, что весьма важно для пуска в условиях ограниченной мощности питающей сети.

Результаты эксперимента и опыт эксплуатации показали, что, в зависимости от свойств продуктов загрузки, времени простоя мельницы, в период пуска возможны случаи, когда при повороте барабана загрузка вместе с ним поворачивается на угол значительно больший угла естественного откоса, а затем разрушается. Не исключён случай, когда при медленном поворачивании барабана нагрузка поворачивается с барабаном на угол 180°, а затем обрушается. Возможность таких режимов пуска необходимо учитывать при эксплуатации и проектировании барабанных мельниц.

При повороте загрузки на угол больший угла естественного откоса время разгона двигателя может превышать предельно допустимое по условию нагрева и пуск мельницы может оказываться невозможным. Поэтому на горно-обогатительных комбинатах после капитальных ремонтов и других длительных простоев барабан мельницы перед пуском предварительно проворачивают на несколько оборотов и тем самым разрушают слежавшуюся загрузку. Не исключён случай, когда загрузка повернуться вместе с барабаном на угол 180°, а затем обрушиться. Расчеты показывают, что при этом динамические нагрузки, действующие на барабан, в 20 раз и более превысят номинальные. Поэтому такие режимы недопустимы. Учитывая это, медленное проворачивание барабана (вспомогательным двигателем или с помощью крана) можно производить только в случаях, если при повороте барабана на угол до 90°-120°произошло обрушение продуктов загрузки.